一种用于车载自组网的增强的稳定路由协议的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于车载自组网技术领域，具体设及一种用于车载自组网的增强的稳定路 由协议巧SRP, Enhanced St油ility Routing Protocol for VA肥T)。
【背景技术】
[0002] 车载Ad Hoc网络（VANET, Vehi州Iar Ad Hoc Networks)是自组织网络的一个新 的研究和应用领域。VANET的基本思想是：一定范围内的车辆可W交换车速、位置、传感器 感知的数据等信息，自动建立一个移动Ad化C网络。
[0003] 一般来说，VANET支持两类通信模式：车-车（Vehicle-To-Vehicle，V2V)通信W 及车-基础设施（Vehicle-T〇-Infrast;ruc1:ure, V2I)通信，从而可W实现车辆间、车与路边 基础设施之间的多跳无线通信，运些通信方式为VANET实现多种新的服务和应用提供了可 能。VANET的应用主要分为两大类：第一类是旨在提高道路交通的安全水平，即安全应用。 在运种情况下，VANET可W被看作是当前智能交通系统的拓展，用W提高交通安全覆盖面和 性能。第二类应用是被预测在不久的未来将得到快速发展的商业应用，运一类型的应用能 够提供商业化的服务，比如道路上车辆的网络接入和音乐下载等娱乐服务。
[0004] 此外，目前大部分车辆都配备全球定位系统（Global Position System, GP巧，可 W提供较为精确的位置定位服务，但是车载自组织网络仍然存在很多挑战，如在多径拓扑 中存在交通流不平衡、网络利用率低、理论技术在实际场景中实现困难等，而且加上VANET 网络受道路中交通灯、障碍物、周围建筑物等因素的影响，网络连通状态非常不稳定。当车 辆节点发起建立通信链路要求时，如果在一定时间内无法获取到达目标车辆节点的有效通 信路由，就会使整个网络处于非连通状态。同时VANET中的车辆节点一般都处于高速行驶 状态中，网络拓扑结构剧烈变化，时刻可能出现正在进行数据传输的链路突然中断，导致路 由协议的性能严重受损。AODV 协议（Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing)是 Ad 化C网络中按需生成路由方式的典型协议，具有路由控制开销小、网络自适应性强等特点。 运在一定程度上符合VANET节点移动性高、拓扑变化快的特性，但要将其应用于VANET中W 达到通信的要求，仍需对其进行改进。 阳005] VSRP (St油Ie Routing Protocol for VA肥T)协议是一种在AODV协议基础上改进 的适用于车载Ad化C网络的可靠路由协议。在路由发现阶段，通过扩展RREQ报文格式，引 入优先节点判断机制；在路由维护阶段，如果主路由失效，源节点可W不必发起路由请求， 而是直接利用备份路由进行路由修复。运在一定程度上限制了 RREQ报文的转发数目，防止 了网络中RREQ报文的泛洪广播，提高了路由修复的效率，改善了网络性能。但VSRP协议在 路由选择阶段仍按照AODV协议的选择方式，当有多条到达目的节点的路由时，收到请求的 节点将选择序列号最大的那一条路由，而按照运种方式选择的路由并不一定是最优的。而 且路由备份机制中的节点必须不断监听位于主路由上相邻节点发送的RREP报文，因此需 要较多的控制报文来进行路由侦听，增加了路由开销。
[0006] 对于一个新协议的现场试验通常需要大量的车辆和人员，代价昂贵且过程复 杂，因此利用相关仿真工具对VANET路由协议进行研究就成为了一种有效的技术手段。 NS2 (Network Simulator, version 2)是一种针对网络研究的源代码公开的、免费的软件模 拟平台。它本质上是一种离散事件仿真器，支持有线和无线网络中的TCP、路由和多播协议 的仿真。NS2采用C++和OTcl双重语言结构，其中C++主要用于建模网络仿真行为，而Tcl/ OTcl脚本主要用于控制和模拟有线和无线网络。VANET的路由协议的性能评估还需要借助 于VANET仿真模型。建立一个符合现实情况的VANET仿真模型，对VANET及其路由协议的研 究具有重要意义。VanetMobiSim2.0 (Vehi州Iar Ad Hoc 化tworks Mobility Simulator, versions. 0)是基于CanuMobiSim架构的车载自组织网移动仿真器，它结合开源地理数据 库化enStreetMap能够获取世界各地的真实街道拓扑图，车辆节点则可行驶在真实的道路 上。此外，通过添加多种仿真模块，用户可W自定义车辆数、车辆节点移动模型、每辆车的车 身长、加速度、最大速度等参数。为提高仿真环境与城市交通场景的吻合度，本专利引入一 种在真实城市道路拓扑下带换道和超车功能的节点移动模型一一IDM_LC模型。
[0007] 因此，结合VANET的特点，如何设计一种不仅适用于VANET而且能提高网络性能的 路由协议成为一项十分具有理论和现实意义的工作。
【发明内容】
[0008] 针对上述问题，本发明的目的在于提升路由协议的可靠与稳定性、提高车载通信 系统的质量，提供一种用于车载自组网的增强的稳定路由协议，源节点需要向目的节点发 送数据分组时，如果不存在可用路由，则发起路由发现过程，源节点与中间节点执行VSRP 协议中的优先节点机制，筛选出一部分性能较好的优先节点，源节点获得到达目的节点的 多条路由。
[0009] 为实现上述目的，本发明采取W下技术方案。
[0010] 一种用于车载自组网的增强的稳定路由协议，当源节点找到目的节点且获得多条 到达目的节点的有效路由后，目的节点会调用GPS模块获取自身位置和速度信息填入RREP 新增数据中，并沿着反向路径向源节点发送；每一个收到RREP消息的节点计算链路有效时 间LET (Link Expiration Time)，对新计算的LET与已存储的LET进行比较，在RREP中更新 为较小的LET,同时添加当前节点的位置和速度信息继续转发到下一节点；当RREP消息到 达源节点时，源节点能获得该路由的路由有效时间RET(Routing Expiration Time);由此 源节点获得多条路由的RET,选择RET最大的路由进行数据传输，其他路由缓存在源节点中 作为备份路由向目的节点发送数据分组。
[0011] 进一步地，源节点在找到目的节点，目的节点首先填写VSRP协议中的RREP报文各 数据域，然后调用GI^模块获取自身的横坐标、纵坐标、运动方向的水平分速度、运动方向 的竖直分速度信息，填入新增数据域中，目的节点构造完RREP消息后，将此消息沿着反向 路径发送至源节点。
[0012] 进一步地，反向路径上的每一个节点在收到上一节点发送的RREP报文时，能够获 取其位置和速度信息，同时调用GI^模块获取自身的位置和速度信息，由此计算两节点之 间链路的LET, LET = I R-d I / I Vi-Vj I，R为节点的通信半径，d为两节点间的绝对距离，V为 节点的速度。
[0013] 进一步地，当前节点将计算的LET值与已存储在RREP报文Lifetime字段中的值 进行对比，若计算的LET值较小，则更新Lifetime字段，否则不更新；当前节点添加自身的 位置和速度信息到RREP报文中，继续转发到下一节点。
[0014] 进一步地，源节点收到RREP消息后，则能获取该条路由的RET，RET满足RET = Min {LETi，LETz,... LETJ，1《k《K，K表示反向路径上的链路数；由此方式源节点获得其 他多条路由的RET，从中选择一条最大RET的路由进行数据传输。
[0015] 进一步地，正常情况下，如果主路由没有断链，数据分组只在主路由上传输，当主 路由上的某个节点发生断链时，中断处上游节点发送RERR报文告知源节点出现链路断裂， 源节点启动多径路由备份机制，该机制为：源节点收到RERR报文后查看路由表事先缓存的 多条已按RET大小排序的备份路由，同时定向发送一个带有标志位的数据包依次检测备份 路由的有效性，而不是立即重新发起新的路由发现过程；当源节点在设定时间内收到从目 的节点发送回的应答数据包后即可判断该条备份路由是有效的，从而源节点选择该条备份 路由重新传输数据。
[0016] 进一步地，对路由选择阶段源节点获取的多条路由RET进行排序，构造一个从大 到小的RET集。源节点选择具有最大RET的路由为主路由进行数据传输，而其他根据RET 值排列的路由则作为备份路由依次存入源节点路由表中。当主路由中某链路发生断裂时， 中断处上游节点发送RERR报文告知源节点出现链路断裂，源节点收到该报文后查看路由 表事先缓存的多条备份路由，同时定向发送一个带有标志位的数据包依次检测它们的有效 性，而不是立即重新发起新的路由发现过程。当源节点在一定时间内收到从目的节点发送 回来的应答数据包后即可判断该条备份路由是有效的，从而源节点选择该条备份路由重新 传输数据。为了避免存在多条条W上）备份路由下源节点不断查询、探测而造成的时 延和路由开销增大，源节点查找路由表中前=条备份路由。若前=条备份路由均显示为无 效路由时，源节点则重新发起新的路由寻路过程而不再查询剩余的备份路由。
[0017] 正常情况下，如果主路由没有断链，数据分组只在主路由上传输；主路由上的某个 节点发生断链时，源节点则启动多径路由备份机制，重新选择一条路由继续传输数据。
[0018]与现有技术相比，本发明由于采取W上技术方案，具有W下优点：
[0019] (1)在路由选择阶段，通过扩展RREP消息格式，引入最长路由有效时间机制，选择 一条更加稳定可靠的路由进行数据传输，减少路由断裂次数，降低路由发现时间，提高分组 投递率；
[0020] (2)在路由维护阶段，如果主路由失效，源节点直接利用已获得多条备份路由进行 路由修复，一方面，减少了数据分组被丢弃的可能性，提高了数据分组的投递率；另一方面， 降低了源节点与中间节点的路由控制开销；
[0021] (3)采用仿真工具NS2对ESRP协议进行大量的仿真实验，结果表明，ESRP协议在 城市场景移动模型下的数据分组投递率、平均端到端时延、归一化路由开销等性能指标都 优于VSRP、AODV协议，能够提高车载通信系统的质量。
【附图说明】
[0022] 图1是修改后的RREP报文格式；
[0023] 图2是ESRP协议利用RREP报文计算链路LET示意图；
[0024] 图3是ESRP协议的路由发现机制流程图； 阳O巧]图4是基于RET的路由竞争策略流程图；
[0026] 图5是ESRP协议的多径路由备份机制示意图；
[0027] 图6是ESRP协议的多径路由备份机制流程图；
[0028] 图7是不同车辆节点下的分组投递率比较曲线；
[0029] 图8是不同车辆节点下的归一化路由开销比较曲线；
[0030] 图9是不同车辆节点下的平均端到端时延比较曲线。
[0031] 图10是不同数据分组